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1、重庆菜园坝长江大桥缆索吊装施工方案1.概述无支架缆索吊装施工技术在我公司已应用多年，并在大量的桥梁建设上成功运用，该技术具有安装精度高、受力明确、便于控制调整、材料设备简单、节省成本、施工安全快速和可靠性高等一系列优点。重庆菜园坝长江大桥使用无支架缆索吊装施工方法，可以最大程度地减少长江水对施工的影响，同时上部结构施工时具有快速、高效、安全、经济等优点，应该说是本桥施工的最优方案。由于本桥吊装重量以钢桁架梁重量360t进行控制，设计总吊装能力不小于360t。缆索系统采用70mm密封钢丝绳作为主索，塔架采用钢管拼装，塔顶主索鞍为移动式索鞍。主索地锚根据两岸地质、地形采用重力式地锚和桩-重力式复合
2、地锚。钢箱拱肋安装采用钢绞线斜拉扣挂工艺，两岸拱肋对称安装。2.拱肋安装的技术工艺设计要点（1）拱肋安装前的准备工作检查构件的几何尺寸、焊接质量、表面防腐及预拼装情况，必须达到设计规定。检查按设计或施工方案确定的起吊和扣挂点结构是否满足要求。检查主墩台的断面尺寸、预埋件位置及其他质量评定情况，并复测拱座起拱线处高程、跨距，其允许偏差不得超过有关规定。核对安装程序，使安装作业严格按经审核的施工组织设计进行，确保施工有条不紊、安全稳妥地进行。清除拱肋表面及箱内的杂物，并安装好有关测量和监控标志、仪器。对安装施工设备系统进行负荷运行试验，保证整个施工系统顺利安全运转。（2）主拱肋采用无支架缆索吊装、
3、斜拉扣挂悬拼方法施工。结构件型号、数量等均按有关规定经计算确定，缆索吊机在吊装前必须按规定进行设备试运转和试吊。试吊过程必须认真进行施工组织设计，试吊实施过程中，要将各方面的试吊记录认真、准确填写，以备正式吊装时参考使用。（3）各扣索位置与吊挂的拱肋基本在同一竖直面内，扣塔架上索鞍顶面的高程应高于拱肋扣点高程，还应进行强度和稳定性验算。（4）拱肋接头采用先栓后焊。各段拱肋由扣索悬挂在扣塔架上时，必须设置横向八字缆风，其布置应符合下列规定：拱肋分段悬拼时，宜在每段端头设置风缆，上下游对称两段拱肋接头处应设临时或永久横向联接；风缆应待全孔合拢后，才可对称拆除；在河流中设置风缆时，必须采取可靠的防护
4、措施，防止风缆受到碰撞。拱肋安装合拢横向稳定安全系数小于4（不考虑非线性）或小于2（考虑非线性影响）时，采取措施增加安全系数。双肋或多肋拱桥可先悬拼多段拱脚段至次中段拱肋，并将两相邻拱肋用永久或临时横联联接，然后安装合拢段，合拢后松索成拱。每段拱肋设两组或四组扣索，每肋上、下游各一组或两组，分别置于拱肋端头上节点附近。扣索采用1860MPa15.2mm钢铰线。吊装前计算好每段拱肋扣索力及相应的摩阻力，确定每组扣索钢铰线数量，并要求扣索安全系数2。各段的扣点和吊点位置原则上设在桁构的节点附近。本桥扣索钢铰线下料时按扣索理论长度加上5%8%的富余值控制，一端墩头与扣挂板相联，通过工作索吊运挂在拱箱
5、接头预埋钢梁两端。另一端先用人工按顺序拖拉，逐根将钢铰线用夹片锚固定在扣索地锚后的锚固端横梁上，然后用两台YC-25 千斤顶对称逐根进行张拉，张拉以拱箱标高为目标函数，索力为复核指标，从而达到调拱箱标高的目的。（5）为保证主拱肋吊装过程中的稳定性，采用双肋对称安装施工，并及时安设临时（或永久）横撑（联）及缆风，齐头并进。（6）临时横向联结可根据工地现有材料情况和施工要求设置，采用直径为402mm的钢管与型钢作成框架横联。结构横撑亦与拱肋吊装同时安装，以便发挥作用，减少临时横向联系的数量。（7）缆索吊设施（塔架、缆索、地锚等）是吊装的主体设备，亦是本桥施工成败的关键设备，安装前进行施工计算和验算
6、，安装后仔细检查各项设施的牢固性。而且必须进行超载试吊以检验起重设备各受力部位的工作情况，消除隐患。施工支架进行强度和稳定性验算,地锚必须验算抗拔、抗滑和抗倾覆稳定性。采用预应力钢绞线和高强钢丝束作扣索时，其安全系数不小于2。拱肋稳定性验算拱肋能否整条单段或多段连续吊装合拢，决定于拱肋安装时面内和面外的稳定性，要求拱肋安装时的稳定安全系数，考虑非线性影响时不小于2，不考虑非线性时不小于4，若安装时稳定安全系数偏小，可采用尽快安装肋间永久横联和增加肋间临时联系，拉设交叉缆风索等措施。拱肋内力及变形的验算根据确定的施工方案，按实际安装的不同阶段及工况验算拱肋关键断面的内力和变形，保证在整个安装过程
7、中和安装完成后，拱肋的内力及变形均控制在设计允许范围内。（8）拱肋安装合拢需要注意下列问题由于钢拱肋的变形受温度的影响较大，早晚伸缩量有较大的差异，因此合拢温度应满足设计要求，控制在1520之间。为保证拱肋能顺利合拢，合拢时适当松索微调整拱肋标高与合拢间隙，以保证合拢接头对接准确。钢拱肋接头的焊接在拱肋松索前进行。松索完成体系转换的过程，按照施工计算程序分级，依次对称，均匀进行，并在整个过程中跟踪观测拱肋轴线和标高的变化，及时调整，使成拱后的轴线、标高满足设计要求。松索合拢与合拢后松索对拱肋内力的影响是不同的。松索成拱，仅仅是一个扣挂体系转换成拱式体系，其扣索对成拱后拱肋的内力不会造成影响，而
8、合拢后松索，除完成体系转换外，相当于在已成型的拱肋对应位置施加一个与扣索力大小相等、方向相反的集中力，对拱肋的内力及变形均会有影响，因此施工计算时进行了考虑，并可以成为调整、控制拱肋应力的一种方法。拱肋的安装施工过程中，及时掌握桥址处历史气象资料和近期天气预报资料，避开可能发生的灾害性天气，并采取必要的预防措施确保结构安全。（9）拱肋安装时，要十分重视施工安全，吊点的绑扎要牢固，要为高空作业人员提供安全绳、护栏、安全网等必要的安全措施。3.缆索吊装系统简化计算书由于重庆长江大桥主索跨度较大，且构件吊重达360吨，若仅采用一组缆索系统施工时，施工十分困难，施工进度无法保障。因此经过认真仔细的分析
9、计算，拟采用两套吊重分别达180吨的施工索道系统，以确保该桥的施工顺利进行。为了计算安全，拟取其中一组缆索吊装部分进行施工计算。（1）870（主索）224（起重索）426（牵引索）单位重抗拉强度1470MPa1550MPa1550MPa破坏拉力均布荷载：集中荷载：P作用于跨中时主索受最大水平力：主索最大张力：主索安全系数：可见主索满足规范要求。主索作用在塔顶上的力：已知作用塔顶上的力和夹角函数值为：H1=Hmax=11172KN T1=Tmax=11747KN1=18，sin1=0.309，cos1=0.9514=18，sin4=0.309，cos4=0.951于是作用在塔顶上的分力VH由下式
10、求得北岸垂直力：南岸垂直力：塔顶最大压力经验算，主索安全系数K=3.083 满足施工规范要求 从而通过计算得知主索作用于主塔顶上的垂直力V=5612.9KN，水平力H=469.3KN。 （2）钢桁架节段吊装时，两组索道均位于桥轴线位置两侧6米左右，此时每组索道吊重分别180吨（桁架Q=360吨），为安全起见，取其中的一组索道进行计算。得知一组索道作用于塔顶的垂直压力和水平作用力分别为V=5256.6KN和H=476.8KN。通过以上计算知，吊装钢桁架节段时，钢塔架受力最大，由于两组索道均位于主塔顶中部，即两个塔架柱同时分担塔顶的垂直压力，因此在此工况下，钢塔架受力较为安全。4.缆索吊装系统施工
11、本桥钢拱肋安装采用无支架缆索吊装斜拉扣挂悬拼施工工艺，按设计要求420跨21段吊装合拢（不包括S0，S20预埋节段）。拱肋安装应结合桥梁规模河流地形及设备等条件采用适宜的吊装机具，各项机具设备和辅助结构的规格、型号、数量等均应按有关规定经计算确定。重庆菜园坝长江大桥无支架缆索吊装系统主要由以下几个部分组成：A、主索道主索道体系起重体系牵引体系B、主塔架钢管杆件拼装门式塔架塔顶索鞍结构塔架风缆C、辅助工作索工作索主索体系起重体系牵引体系D、锚固体系E、扣挂体系钢绞线扣索拱肋扣点支撑结构扣索锚固张拉端结构F 、吊装节段侧向风缆索体系重庆菜园坝长江大桥无支架缆索吊装总体布置图如下：缆索吊装总体布置图
12、（1）塔架在北岸17#、南岸18#墩墩顶位置各立主塔架一座，见重庆菜园坝长江大桥主塔图主塔架均采用800mm钢管拼成门式塔架。根据本桥拱肋中轴线的距离，主塔架整体设置为对称结构。两岸主塔架宽度为54.8m，高131m。塔架采用分节段拼接安装，拼装阶段需要适当在塔架上设置塔架风缆，完成塔架架设之后，也应根据塔架高度和受力情况设置腰风缆和塔架顶风缆，以便于在架设过程和吊装阶段通过这些风缆调整塔架垂直度并增加塔架稳定性。两岸主塔架顶横桥向两侧各设两道风缆，腰风缆在主塔架中部及塔顶的节点两侧呈“”布置。架设工作索和主索之前，必须测量塔架垂直度并通过塔架风缆索调整塔架至最佳状态后方能进行缆索架设施工。塔
13、架柱的计算：格构柱的格构柱的整体承载力按下式计算：格构柱的界限偏心率为：则：从而通过以上计算知：一组主索作用在塔架顶的力V 顶=5612.9KN一个塔架自重：V自重=258t(钢管)+560t(C30砼)=818t一条钢拱肋扣索对塔架的垂直压力V扣索=600tV总=V顶+V自重+V扣索=561.29+818+600=1979tK=重庆菜园坝长江大桥主塔图（2）吊装缆索a、缆索吊装系统缆索吊装系统为三跨连续结构：（北岸）450m（主跨）420m320m（南岸），钢拱肋吊装主索两套，均采用870mm密封钢丝绳。每套主索经过主塔架顶移动式索鞍，锚固于两岸地锚。主索设计吊重能力180T，总起重能力36
14、0t。每组主索起重体系由4台10T卷扬机、24mm起重钢丝绳和两个130T跑车上、下挂系统组成。吊装牵引体系由两根28mm钢丝绳，4台10T卷扬机和两个主索跑车组成。b、塔顶索鞍塔顶索鞍是装置在塔架上用来支承吊装缆索的一种设备，我公司自行设计的可移动式索鞍，具有安装方便，对主索钢丝绳磨损小，承载能力大、使用灵活等优点。该设备与主塔联结一起，是吊装设备中的重要组成部分。塔顶索鞍横移系统由4台10吨卷扬机和主索鞍组成。为了克服横移索鞍时对主塔架的反作用力和塔架的变形，在主塔架两侧均布置有侧向风缆索，以便于控制主塔架因受力而产生的变形。考虑到侧向风缆受力有限，横移索鞍之后将在索鞍结构上设置两根26m
15、m钢丝绳，并把钢丝绳收紧固定在塔架基础的预埋锚环上。（3）工作索工作索是指吊装能力较低，但比主索更为方便、灵活、快捷的一组缆索系统。由工作索主索、起重索、牵引索、工作索跑车、吊点及工作索鞍组成。本桥主缆索的上、下游各设一组工作索道，用于安装主缆索系统以及主缆索吊装的施工辅助，吊运重量小于5t以下的施工机具和材料。每组工作索采用一根47mm钢丝绳为主索，设计吊重5t。（4）缆索架设塔架拼装完成后，首先要进行塔架垂直度的调整，为调整塔架垂直度，除了使用塔架腰风缆调节之外，还需设置塔架前后风缆，塔架前风缆牵引至对面的拱座预埋锚环，主塔架后风缆均牵引至地锚的预埋锚环上。通过设置在塔架顶前、后风缆收紧或
16、放松，让塔架整体受力并使铰支座微转动，达到调垂直度目的。调整主塔之后开始架设牵引索、工作索。牵引索直接拖拉过河，通过塔顶并在塔架脚滑轮转向后进入卷扬机。 牵引索安装好后，将工作索牵过塔顶，安装好工作索跑车和吊具，再将其牵引过对河主塔顶，并进入主地锚收紧固定。架设主索时单根展开并牵引过塔架顶，然后穿跑车，两组工作索同时牵引、收紧、提升，过对河主塔架顶，进入主地锚锚梁后转向，尾索从前端槽口转出并使用夹具收紧。最后根据计算好的架设垂度收紧并锚固，主索安全系数3.0。（5）锚固体系本桥缆索吊装地锚为重力式主地锚和桩-重复合式地锚各2个，布置于主塔后引桥两侧，塔架缆风及吊装期间的横向缆风索地锚一般受力不
17、大，采用挖坑埋设卧石地锚。重力式地锚受力计算要求：抗滑稳定安全检查系数：K12.0抗倾覆安全系数：K22.0地锚结构形式见下图：北岸地锚（桩-重复合式）南岸地锚（重力式）5.钢箱拱肋安装（1）试吊缆索吊机在吊装前必须按规定进行试拉和试吊。试吊过程必须认真进行施工组织，试吊实施过程中，要将各方面的试吊记录认真、准确填写，以备正式吊装时使用。试吊程序根据计算吊装重量（吊装节段最大重量）按公路桥涵施工技术规范进行。试吊的目的是为了检查：最大荷载作用下主索跨中、两边段位置、起吊卸载后的垂度；塔架受力变形情况、塔架基础、主地锚的稳定情况，牵引索、起重索运作情况、滑车转动情况，卷扬机运行情况等。施工组织及
18、协调情况。试吊成功后方能进行正式吊装。（2）吊装A、吊装程序和顺序本桥钢拱肋安装程序为：节段资料检查合格后运输钢拱肋到起吊位置、定位四个吊点垂直起吊上下游拱肋就位临时固定上下游钢拱肋扣索安装上下游钢拱肋扣索张拉松吊点调整标高吊装下一节段。本桥为提蓝拱结构,钢拱肋安装时，为保证拱轴线的准确,拟采用上下游两拱肋同时安装施工，并及时安设横撑（联）及横向缆风增加横向稳定性。钢拱肋具体吊装顺序见下图。B、吊装方法钢拱肋节段采用驳船运输到主塔架前的起吊位置，钢拱肋装船时顺船体放置，运输船将钢拱肋运至桥位下，与定位船平行驳接。运输船定位之前，将主索吊具放下一定距离，以吊具作为初步定位的参考点。定位船将运输船
19、牵引，使运输船在吊点下方顺桥向布置，接着定位船的船尾摆转方向至横桥向，与运输船垂直成“T”形布置，然后定位船抛锚，通过调节定位船与运输船之间的连接锚索长度，使运输船上的拱肋基本上正对拱轴线，最后运输船抛锚固定，完成定位过程。 钢拱肋定位之后，两个吊点放下，将待起吊的钢拱肋用钢丝绳捆绑，钢丝绳与钢拱肋接触处垫上橡胶或麻布之类的柔软物，避免钢丝绳刮伤钢拱肋表面。捆绑钢拱肋还应注意尽量使节段起吊时重心稳定，钢拱肋平稳起吊，而且始终使对接端低于另一端。钢拱肋节段起吊到一定的安全高度后，运输到拱肋对接的相应位置，同时垂直提升（或放下）到对接接头就位，校调对接接头直至达到精度要求，再通过法兰螺栓连接固定，
20、同时将扣索收紧，逐步调整相对位置，调整好标高轴线，然后逐渐松吊点，张拉扣索，使钢拱肋逐步转换为扣挂体系，使扣挂好的钢拱肋完全符合设计要求。（3）扣挂体系扣挂体系由每一吊装节段的钢绞线扣索、拱肋扣点支撑结构、扣索锚固横梁、吊装节段侧向风缆索和扣索锚固张拉端结构共同组成。本桥钢拱肋扣索拟在塔架上设置张拉平台和锚固横梁进行张拉锚固，扣索均采用j15.2mm钢绞线，锚固端用P型挤压锚具,设置于吊装的钢拱肋节段端头附近的扣点结构和塔架上锚固横梁上，并使用千斤顶张拉调整索力，通过起重索的放松和扣索千斤顶张拉收紧，实现拱肋安装由缆索起重绳垂直力到扣索钢铰线扣挂受力的转换。扣索下料长度的计算按：理论长度+富余
21、长度下料长度，本桥扣索富余长度取20m30m。拱肋节段扣挂系统的受力按平面杆系结构进行计算，同时使用几种不同的电算程序计算、复核，确保计算结果无误，并力求计算时各种边界条件尽量合理、接近实际状况，本桥扣索力安全系数2.0。根据扣索力结果、扣点结构的设置和扣索材料的应力等级1860MPa，确定每节段采用的扣索钢绞线数量。每节段钢拱肋吊装前预先完成相应的扣索布置，扣索在地锚一端套上夹片锚具，并分束摆放，不得交叉缠结，另一端安装好夹片锚具和锚垫板。扣索通过卷扬机和人工配合牵引，通过扣塔并到达拱肋，准备在拱肋就位安装后套入扣点钢横梁进行张拉。扣索在牵引过程中注意使用排索器具整理，以免相互缠绕。钢拱肋扣
22、索力表通过以上扣索力表中可选择每节段的最大受力配置扣索数量。扣索数量按照余数进1，单数进1，取双数的原则。配索如下：安置在钢箱拱肋上的扣点结构由焊接钢板和型钢横梁构成，扣点结构固定座端面为钢板，钢板上设有与型钢横梁栓接的螺栓孔。扣索与扣点结构固定座端面垂直。扣挂点钢横梁梁由两根槽钢组成，中间3cm5cm空隙，扣索钢绞线从空隙穿过，套上夹片锚具锚固于钢横梁的锚垫板上，见下图。扣挂点结构图扣索牵引进入塔架上张拉平台锚固在钢横梁上，并根据施工各工况的需要进行张拉。张拉平台和锚固端钢横梁见下图：张拉平台锚固端钢横梁拱肋安装阶段，各扣挂节段适当设置横向侧风缆，主要作用是增加吊装拱肋的横向稳定性，并起到左
23、右约束拱肋和左右调控拱轴线的作用。横向侧风缆在拱肋上、下游对称设置，可直接捆绑在拱肋上，但要在捆绑处支垫枕木或其它柔软织物保护。（4）拱肋轴线、标高的调节拱肋轴线、标高是吊装拱肋的控制指标，是一个复杂的控制过程。在整个吊装过程中，测量技术人员进行跟踪观测，使用扣挂系统调整标高和横向侧风缆对轴线进行调整。风缆的锚固端与手拉葫芦连接，并通过手拉葫芦进行调控拱肋轴线。扣索调整是为了使拱肋标高符合设计要求，调整方法：吊装第一段，扣索收紧并张拉，使张拉力等于第一段扣索力计算结果，吊装第二段之前，根据第二段对第一段的作用力计算第一段的预抬量。预抬量计算方法：扣索调整量的目标函数是安装的标高，以实际张拉力与
24、计算值为校核进行计算。经计算、校核后进行第一段扣索的张拉、收紧并到达预抬标高。用同样方法吊装其它节段。扣索收紧、张拉的同时，测量小组对整个过程进行跟踪观测，以检验计算结果是否符合实际情况，并将观测数据反馈到指挥台，使吊装节段准确、快速完成对接就位。（5）钢拱肋接头处理钢拱肋就位后，逐步调整相对位置，调整好标高轴线，进行对接试拼，检查拱肋的间隙和错边情况。一般对接的间隙要求控制在3mm左右，错边量小于0.2倍壁厚。钢拱肋由于制作时的焊接收缩和温度影响，可能存在钢拱肋接头的间隙问题。这个问题的处理方法一般在钢拱肋制作时就要考虑，即以合拢温度1520换算钢拱架制作在不同季节和时段因温度变化产生的线膨
25、胀或收缩值，同时也应实测了解对接焊缝收缩情况，来调整安装大段的长度。拱肋接头形式均要满足设计以及焊接工艺评定的要求。本桥大段接头焊接方法拟采用二氧化碳气体保护焊和手工电弦焊两种，根据实际的施工条件确定。气焊透型焊缝焊接程序为：打底层填充层盖面层焊接。为了减小接头焊接残余应力，接头焊缝在设计允许的情况下采用机械锤击。为克服拱肋合拢段存在的间隙问题，吊装合拢段可考虑适当采用松索调整，吊装时不能松开吊点使拱肋支承在定位板上。 完成钢拱肋安装后，进入全面工地焊接阶段，焊缝质量要求达到设计标准。焊缝外观质量检查要求：不允许有气孔、裂纹未熔合、未填满弧坑和焊瘤等缺陷。内部质量：焊缝全长按GB11345-8
26、9标准进行超声波探伤。质量等级为级；焊缝全长内按GB3327-87标准射线照相3张长度为300mm的X光底片，焊缝质量等级为级。6.钢桁架安装本桥主桥钢桁架梁采用桁架和正交异性桥面板组合体系，分节段加工制作和安装。在大跨拱肋范围内以吊索作为弹性支承，在拱与梁的交接处以多束吊索通过托梁为支点，在边墩及侧敦下弦节点设支座。除设在边墩横梁上的4个纵向阻尼限位器外，钢桁架在纵向与刚构和拱结构没有连接。钢桁架总长度800m，分51个节段单元，标准节段长16m，宽度39.8，高11.20m，重量230t，最大节段宽度43m，重量360t。钢桁架安装时用船运输到拱肋下方，顺桥向调整船体，抛锚固定，利用缆索系
27、统垂直起吊安装。施工前通过计算及设计选择合适的起吊点，确保起吊时受力面平衡，中心稳定，捆绑牢固。桁架起吊时先缓慢收紧起重绳，提升到刚好离开船体时，检查各起吊点的紧固情况和平衡状态，无异常情况后在缓慢提升，提升到设计标高位置时，利用已经安装好的吊杆扣于拱肋上和扣索上。吊杆或扣索在受力后的伸长量通过计算确定，在松索进行荷载在转换阶段，对钢桁架顶面标高进行跟踪观测，通过吊杆和扣索调整钢桁架标高达到设计要求。后续节段钢桁架的安装必须考虑已安装节段的标高变化，同样可通过吊杆和扣索调整钢桁架标高达到设计要求。钢桁架的安装顺序严格按照设计加载程序进行。在钢箱拱肋范围内的钢桁架在安装后及时焊接，以免安装过程中由于加载使桁架变形而难以在后期调整接头间隙。钢桁架安装节段同样不能忽视钢拱肋和缆索吊装系统的变形观测，因此，建立大跨径桥梁观测及监控系统在本桥十分必要，在桥梁加载全过程中，根据测量、监控数据，利用扣索灵活调整全桥标高、轴线和受力状况，在成桥后再拆除扣索体系。